浅析肝纤维化的发生机制

王晓丽

(临汾职业技术学院，山西 临汾 041000)

肝纤维化是所有慢性肝病的特征之一，也是导致肝硬化及其并发症(如肝癌)发生的主要因素［1，2］。肝纤维化是对来自内外环境持续损伤的伤口愈合反应后，发生的结缔组织沉积。纤维化进展速率取决于肝脏疾病诱发原因、环境和宿主等因素［3］。随着损伤的持续发生，瘢痕(纤维化)蛋白质的逐步积累越来越多，从而改变肝组织结构和功能，最终导致肝硬化和肝衰竭。目前的观点认为早期的肝纤维化病变是可逆的，肝硬化是肝纤维化的晚期阶段，往往不可逆［2］。近年来随着研究的不断发展，对于肝纤维化发生机制已经有了很充分的认识，本文关于肝纤维化发生机制，重点从细胞分子水平进行了阐述。

1 肝损伤炎症和再生

在急性肝损伤的大多数情况下，肝细胞损伤死亡，经历坏死和凋亡。细胞的死亡主要是通过坏死，特别是慢性接触毒物，在此过程中可能有一定比例的肝细胞进行细胞凋亡的细胞死亡机制［4］。随后，受损区域的枯否细胞(Kupffer cells)就会分泌释放一系列细胞因子和趋化因子，它们可以激活肝脏组织驻留的白细胞，促进循环的白细胞向损害区域聚集［5］。在这一过程中肝窦内皮细胞发挥辅助作用，通过改变表达黏附蛋白，促进涌动通过的白细胞在损伤区域固定，使其跨过内皮细胞迁移到损伤部位。促进纤维化主要因子包括细胞因子，其中许多是由枯否细胞释放，但有些是来自成纤维细胞本身。因此，这些响应于组织损伤和感染的反应，类似于先天免疫系统的激活及适应性免疫系统的潜在激活［6］。在某些情况下，后者(即适应性免疫系统的潜在激活)伴随自身抗原耐受的崩溃，由此导致T 细胞和自身抗原的抗体的产生［7］。在药物诱导的肝损伤病例中，很可能是因为与药物和/或代谢物反应的蛋白质被免疫系统视为外源物。一旦药物和新抗原被清除，对于这些未经修饰的蛋白质的免疫耐受丧失，从而导致对自身抗原的继续攻击，产生慢性自身免疫性肝炎［8］。

肝损伤相关的炎症成为响应于细胞损伤调节反应的一部分，结果导致清除坏死材料。肝脏，作为保护身体免于遭受内源性物质和外源性化学物质伤害的保护者，大概是因为其不稳定的功能，已演变为具有再生能力［3］。细胞因子不但参与集结组织损伤炎症反应，而且也在肝细胞再生替换中发挥了重要作用［6］。细胞因子，如TNF α(肿瘤坏死因子α)和IL-6(白介素-6)，促使肝实质细胞响应于生长因子，如HGF(肝细胞生长因子)和EGF(表皮生长因子)。刺激肝增长似乎是通过一种感知的自我功能输出。手术切除部分肝脏(肝部分切除术)，在手术过程中可能会有相对微量的细胞死亡，但却导致剩余肝脏的再生，达到需要的大小，就像肝正常代谢时为响应一个因子水平上升一样。这一因子可能是五羟色胺，它主要由胃肠合成，将通过肝门静脉直接输入肝脏。

肝细胞的再生在大多数疾病情况下，来自现存的具有生活力的肝细胞所进行的有丝分裂。以往的研究工作曾提示肝细胞可以来自骨髓，但现在的研究已经表明这最多是一个罕见的事件。出现在受体肝细胞中的供体遗传物质，现在被认为是供体骨髓来源的巨噬细胞通过与受体肝细胞的融合而发生的结果。肝组织中的白细胞(如枯否细胞)除一部分其他的非实质肝细胞外，主要来源于骨髓［9］。肝实质细胞或胆管上皮细胞的祖细胞，在一些物种中被称为卵圆细胞，存在于汇管区(赫令(氏)管)，但只有当现存的肝细胞无法复制增殖时，它们才会生成肝细胞［10］。基于上述观点，之前的“流动假说”认为肝细胞的正常补充(可能从一个卵圆细胞祖)来自于汇管区周围的复制，它们可以在中心小叶急性受损后流向中心小叶取代受损的肝细胞［11］，这个假说目前并不被广泛接受认可。驱动先天免疫系统清除损伤的许多因子也以一个明显的协调方式来促进肝细胞再生更新，这个过程可能涉及细胞外基质重塑，它发生在受损的肝实质内［12］。

2 成纤维细胞

成纤维母细胞，它对于有效的肝再生可能是必不可少的。迄今为止，成纤维细胞被认为是一个相对惰性的＇填充＇细胞类型，它可以分泌细胞外基质蛋白质。然而，在肝脏中有越来越多的证据表明，他们在组织再生方面发挥自己的作用。他们现在已被确知表达多种细胞因子和趋化因子［13］。纤溶酶原(Plg)缺陷的小鼠，它会先天性地发展为肝纤维化。神经营养因子受体(p75NTR)在成纤维细胞中表达，在转化肝星状细胞发挥功能［14］。

一般而言，成纤维样细胞集群通过从库普弗细胞和其他白细胞释放的细胞因子和氧自由基(活性氧类)被激活(或激活是被显著增强)，开始增殖和分泌蛋白酶，细胞外基质蛋白和其他因子［14］。在急性事例中或一些慢性条件下，纤维化可能是可逆的，成纤维细胞经历细胞凋亡，库普弗细胞通过释放一些因子，如分泌基质金属蛋白酶，来重建细胞外基质［15］。最终的结果是，肝窦结构恢复正常，目前的理论认为类成纤维细胞的激活是上述进程的一个重要的组成部分，尽管如此，这个观点仍然需要留待实验来验证。如果肝损伤持续，无论是连续或时间范围内通过反复急性发作的，转归未有机会发生，成纤维细胞数量增加和纤维化发展。随着肝脏疾病的进展，瘢痕变得更加广泛，就会导致肝细胞再生阻碍和器官功能损害。一段时间内，如果肝损伤主因被去除或被抑制，纤维化仍然可逆［16］。

3 肝星状细胞与肝成纤维细胞

在适宜的体外培养条件下，静息肝星状细胞经历一个向成纤维母细胞转分化的过程，就像在肝脏损伤时发生在体内的反应一样［17］。静息肝星状细胞存在于肝脏小叶的窦周地区与小叶中心区。小叶中心区受损时(例如在酒精性肝病)导致其激活。有研究表明，当损伤发生在汇管区时(如胆汁淤积)，是汇管区成纤维细胞而不是星状细胞参与纤维化，如今这个观点被广泛接受［18］。然而，当损伤继续扩大，来自其他区域的细胞可能加入纤维化。而且每个肝成纤维细胞在表达纤维化标记基因时可能存在差异，这进一步加剧了明确肝成纤维细胞类型的复杂性［19］。

确立肝星状细胞的胚胎起源(即胚层细胞从中派生)是复杂的，因为其作为成纤维细胞，具有明显的异质性。到目前为止，还没有被正式确定。假设肝星脂肪组织，平滑肌细胞和成纤维细胞来源于中胚层，假设状细胞是脂质存储细胞能分化成肌纤维母细胞，则在胚胎起源上极可能的是肝星状细胞(和成纤维母细胞)和肝成纤维细胞至少有一部分是来自中胚层。尽管如此，肝星状细胞与肝肌纤维母细胞表达一些基因，这些基因通常也在神经组织表达，如突触素、巢蛋白和胶质纤维酸性蛋白［20］。这些都表明，肝星状细胞(或一部分)可能为外胚层来源，也许来自神经嵴，因为它能够产生一系列的间充质样细胞。而这已在转基因小鼠得到证明。构建表达在一个WNT1 启动子/增强子序列(神经嵴细胞特异性的)控制下的Cre 重组酶基因转基因小鼠与依赖于移除lox P-flanked 终止框(该框可以被Cre 重组酶移除)才能表达荧光蛋白的转基因小鼠，两者进行杂交，杂交后的小鼠后代在所有已知来自神经嵴的组织中表达荧光蛋白［21］。但是在肝脏的desmin(肌间线蛋白)阳性细胞中没有任何表达，这说明肝星状细胞不是来源于神经嵴细胞。

在成年小鼠，最近的工作表明，一些肝星状细胞来自骨髓［22］。当骨髓细胞表达绿色荧光蛋白(绿色荧光蛋白)被移植到正常小鼠，在受体小鼠的肝星状细胞中发现表达GFP(绿色荧光蛋白)。在体外培养实验中，GFP 阳性星状细胞转化成α-SMA(平滑肌肌动蛋白)阳性的成纤维细胞。在四氯化碳诱导的肝纤维化动物模型中，绿色荧光蛋白还与α-平滑肌肌动蛋白共定位［22］。这种看法已被证实，在接受雄性骨髓供体小鼠的雌性小鼠中，约三分之二的受体纤维化肝脏的肌成纤维细胞发现含有Y 染色体［9］，但这个结果缺乏细胞融合证据。最近有一项研究发现，胆总管结扎手术后的动物模型，其产生纤维的细胞(汇管区肌纤维母细胞)被证明来源于骨髓，但它们仍然有别于CD45-阳性的肝星状细胞［23］。非性别匹配的骨髓移植或肝移植后，从受体的肝切片检测，证实骨髓有助成纤维细胞的增殖，并诱发后续的肝疾病［24］。这些数据表明，在肝脏疾病状态下，肝星状细胞与肝细胞至少有一部分来源于骨髓中的间充质干细胞。然而，仍然有一些意见认为，纤维化细胞的产生有其他来源［25，26］。

有越来越多的研究探讨那些通常被认为是成熟和终末分化的组织来源的细胞的可塑性。在这方面，静态肝星状细胞(尤其是CD133阳性的细胞)作为祖细胞，不仅可以生成肝成纤维母细胞，而且也可以生成肝细胞和血管内皮细胞［27］。在体外实验中，来源于成人骨髓的间充质干细胞也被刺激生成多种细胞类型(包括肝细胞)［28］。然而，它可能是在体外的环境赋予一个非常强大的可塑性，使许多细胞能够分化，但在体内往往不容易发生。

4 肝纤维化的关键—枯否细胞

虽然肝成纤维细胞(其数量和程度的激活)可以直接控制纤维化严重的程度，但是越来越多的注意力已经转移到其他细胞，探讨它们在肝纤维化过程中的作用。目前已知肝脏中的巨噬细胞或被招募到组织的单核/巨噬细胞在肝纤维化是进程中发挥着相当大的影响［29］。在受损肝中，它们的数量在增加，主要分布在损伤区域与纤维化区域周围。有研究小组证明，抑制枯否细胞的功能(使用氯化钆)，在四氯化碳诱导的肝纤维化模型中，可以降低纤维化［30］。最近，也有研究者使用转基因小鼠模型，发现CD11b-阳性细胞可以有条件地接受刺激，而经历细胞死亡，表明肝组织中单核/巨噬细胞不仅促进纤维化，而且在任何复苏阶段也可能与消除纤维化有关［31］。

库普弗细胞的促进纤维化与其释放一系列促纤维化细胞因子和活性氧有关，它们在肝脏损害后的炎症反应中发挥作用。值得注意的是，在肝星状细胞培养过程中枯否细胞的存在(在大多数分离培养中，数量很低)，可以推动肝星状细胞向成纤维细胞方向发展，这与体内的情况类似［17］。巨噬细胞在细胞因子和其他因子所营造的环境下，释放不同的细胞因子混合物。这暗示巨噬细胞可分化成各种状态。在纤维化康复中，巨噬细胞可分化为抗炎型，或分泌蛋白酶，促进细胞外基质蛋白降解。

5 结论

肝纤维化发生的过程涉及多个细胞类型，包括肝脏组织内的细胞和招募到肝脏的细胞，并受体内一系列细胞因子调节。对于肝纤维化发生做一个完整清楚的理解，目前仍然是一个目标，需要将来更多的研究工作。肝纤维化是在持续性肝组织损伤后，发生的伤口愈合反应，纤维化实际上对维持肝脏组织正常功能和活力具有十分重要的意义，而这方面的研究较为缺乏。未来利用“细胞组织特异性敲除”，并结合目前较为成熟的转基因手段，将有助于对肝纤维化发生机制的进一步理解。

［1］ 陆伦根，房静远. 肝纤维化［J］.胃肠病学，2000，5(2):80-82.

［2］ POVERO D，BUSLETTA C，NOVO E，et al. Liver Fibrosis:a Dynamic and Potentially Reversible Process ［J］. Histol Histopathol，2010，25(8):1075-91.

［3］ 梁扩寰，李绍白. 肝脏病学［M］. 北京:人民卫生出版社，2003.

［4］ SHIM J Y，KIM M H，KIM H D，et al. Protective Action of the Immunomodulator Ginsan against Carbon Tetrachloride-Induced liver Injury via Control of Oxidative Stress and the Inflammatory Response［J］. Toxicology and Applied Pharmacology，2010，242(3):318-325.

［5］ 高春芳，陆伦根. 纤维化疾病的基础和临床［M］. 上海:上海科学技术出版社，2004.

［6］ WASMUTH H E，TACKE F，TRAUTWEIN C. Chemokines in Liver Inflammation and Fibrosis F，2010［C］. Thieme Medical Publishers.

［7］ DANSETTE P，BONIERBALE E，MINOLETTI C，et al. Drug-induced Immunotoxicity ［J］. European Journal of Drug Metabolism and Pharmacokinetics，1998，23(4):443-445.

［8］ MANNS M P，VOGEL A. Autoimmune Hepatitis from Mechanisms to Therapy［J］. Hepatology，2006，43(1):132-134.

［9］ RUSSO F P，ALISON M R，BIGGER B W，et al. The Bone Marrow Functionally Contributes to Liver Fibrosis ［J］. Gastroenterology，2006，130(6):18-21.

［10］ VIG P，RUSSO F P，EDWARDS R J，et al. The Sources of Parenchymal Regeneration after Chronic Hepatocellular Liver Injury in Mice［J］. Hepatology，2006，43(2):316-318.

［11］ ZAJICEK G，OREN R，WEINREB JR M. The Streaming Liver［J］. Liver，1985，5(6):293-300.

［12］ FAUSTO N，CAMPBELL J S，RIEHLE K J. Liver Regeneration［J］. Hepatology，2006，43(1):45-53.

［13］ FRIEDMAN S L. Mechanisms of Hepatic Fibrogenesis［J］. Gastroenterology，2008，134(6):1655-1660.

［14］ HENDERSON N，IREDALE J. Liver Fibrosis:Cellular Mechanisms of Progression and Resolution ［J］. Clinical Science，2007，112(2):65-80.

［15］ HIRONAKA K，SAKAIDA I，MATSUMURA Y，et al. Enhanced Interstitial Collagenase (matrix metalloproteinase-13)Production of Kupffer Cell by Gadolinium Chloride Prevents Pig Serum-induced Rat Liver Fibrosis［J］. Biochemical and Biophysical Research Communications，2000，267(1):290-295.

［16］ ISSA R，ZHOU X，CONSTANDINOU C M，et al. Spontaneous Recovery from Micronodular Cirrhosis:Evidence for Incomplete Resolution Associated with Matrix Cross-linking ［J］. Gastroenterology，2004，126(7):1795-1708.

［17］ DE MINICIS S，SEKI E，UCHINAMI H，et al. Gene Expression Profiles during Hepatic Stellate Cell Activation in Culture and in Vivo［J］. Gastroenterology，2007，132(5):1937-1946.

［18］ CASSIMAN D，LIBBRECHT L，DESMET V，et al. Hepatic Stellate Cell/Myofibroblast Subpopulations in Fibrotic Human and Rat Livers［J］. Journal of Hepatology，2002，36(2):200-209.

［19］ BEAUSSIER M，WENDUM D，SCHIFFER E，et al. Prominent Contribution of Portal Mesenchymal Cells to Liver Fibrosis in Ischemic and Obstructive Cholestatic Injuries［J］. Laboratory investigation，2007，87(3):292-303.

［20］ ROSKAMS T，CASSIMAN D，DE VOS R，et al. Neuroregulation of the Neuroendocrine Compartment of the Liver［J］. The Anatomical Record Part A:Discoveries in Molecular，Cellular，and Evolutionary Biology，2004，280(1):910-913.

［21］ CASSIMAN D，BARLOW A，VANDER BORGHT S，et al. Hepatic stellate Cells do not Derive from the Neural Crest［J］. Journal of hepatology，2006，44(6):1098-1014.

［22］ BABA S，FUJII H，HIROSE T，et al. Commitment of Bone Marrow Cells to Hepatic Stellate Cells in Mouse［J］. Journal of Hepatology，2004，40(2):255-260.

［23］ KISSELEVA T，UCHINAMI H，FEIRT N，et al. Bone Marrow-derived Fibrocytes Participate in Pathogenesis of Liver Fibrosis［J］.Journal of hepatology，2006，45(3):429-438.

［24］ FORBES S J，RUSSO F P，REY V，et al. A Significant Proportion of Myofibroblasts are of Bone Marrow Origin in Human Liver Fibrosis［J］. Gastroenterology，2004，126(4):955-963.

［25］ ZEISBERG M，YANG C，MARTINO M，et al. Fibroblasts Derive from Hepatocytes in Liver Fibrosis via Epithelial to Mesenchymal Transition［J］. Journal of Biological Chemistry，2007，282(32):23337-23347.

［26］ ROBERTSON H，KIRBY J A，YIP W W，et al. Biliary Epithelialmesenchymal Transition in Posttransplantation Recurrence of Primary Biliary Cirrhosis［J］. Hepatology，2007，45(4):977-981.

［27］ KORDES C，SAWITZA I，M LLER-MARBACH A，et al. CD133 ＜sup ＞+ ＜/sup ＞Hepatic Stellate Cells are Progenitor Cells［J］.Biochemical and Biophysical Research Communications，2007，352(2):410-417.

［28］ JIANG Y，JAHAGIRDAR B N，REINHARDT R L，et al. Pluripotency of Mesenchymal Stem Cells Derived from Adult Marrow［J］.Nature，2002，418(6893):41-49.

［29］ HEYMANN F，TRAUTWEIN C，TACKE F. Monocytes and Macrophages as Cellular Targets in Liver Fibrosis［J］. Inflammation ＆Allergy Drug Targets，2009，8(4):307.

［30］ RIVERA C，BRADFORD B，HUNT K，et al. Attenuation of CCl4-induced Bepatic Fibrosis by GdCl3 Treatment or Dietary Glycine［J］. American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology，2001，281(1):200.

［31］ DUFFIELD J S，FORBES S J，CONSTANDINOU C M，et al. Selective Depletion of Macrophages Reveals Distinct，Opposing Roles during Liver Injury and Repair［J］. J Clin Invest，2005，115(1):56-65.